电力机车级联H桥多电平变流方案

张笛 崔晶

摘要：采用单相多电平级联H桥代替电力机车上传统的脉冲整流器，从而避免使用笨重、体积大的工频牵引变压器，可以实现车体轻量化。分析了单相多电平级联H桥变流器的拓扑结构与工作原理，理论分析及MATLAB/simulink仿真结果表明，多电平变流器可以输出稳定直流电压，并且每个功率器件承受的电压应力较小。

关键词：无牵引变压器;级联H桥;多电平变流器

铁路提速促进国民经济发展，车体轻量化是列车提速需要解决的其中一个技术难题。为实现电力机车避免使用笨重的牵引变压器[1]，则需变流器能够承担输入的高电压，但单个功率器件能够承担的电压应力仅为6500V，因此通过串联功率器件分压[2]。

1 传统电力牵引传动系统

在传统的电力牵引传动系统中，受电弓將接触网单相25kV/50Hz交流电引入机车，利用工频牵引变压器将25kV的电压降低到机车能够接受的范围，经过整流器输出稳定直流电，再经过逆变器输出幅值与频率可调的交流电对电机调速。工频牵引变压器本体重量5360Kg，变压器总重量可达6120Kg，外形尺寸为长4150mm、宽2653mm、高724mm。笨重、体积大的工频变压器给电网和机车带来了很大负担。

2 多电平变流器理论分析

级联H桥多电平变流器可以解决电力机车25kV高压与功率器件无法承担高压的矛盾，级联H桥多电平变流器谐波更小、功率容量大、开关频率较低、响应速度快[3]、易于模块化设计[4]。

单相全桥整流器如图1所示，电路由交流电流源、等效电阻、电感、全控型功率半导体开关器件反并联二极管、支撑电容和负载组成。……